سدهای کوتاه (سد های لاستیکی)
سدهای کوتاه
استاد راهنما : دکتر امیر اسماعیلی
مصطفی قربان نژاد
مقدمه
آب یکی از نعمتهای خداوند متعال است که نقش قابلملاحظهای در آبادانی و پیشرفت کشورها دارد. تامین آب برای مصارف خانگی از اولین مسئولیتهای هر دولتی محسوب میشود. علاوه بر این، برای دستیابی به یک کشاورزی موفق لازم است آب بهصورت کنترلشده و برنامهریزیشده به مزارع انتقال یابد. برای تامین این دو نیاز اصلی )یعنی آب مصارف خانگی و کشاورزی( از هزاران سال پیش سدسازی مرسوم بوده است. در قرنهای اخیر تولید برق از طریق انرژی برقآبی در شمار دیگر مزایای سدسازی قرارگرفته است. درواقع دسترسی به انرژی ارزان یکی از کلیدیترین عوامل موفقیت صنعت است. کارخانههای سیمان، ذوبآهن و تولید فولاد، صنایع خودروسازی، پالایشگاه- های نفت، صنایع معدنی و موارد دیگر همه نیاز به برقدارند و سدسازی میتواند بخشی از انرژی موردنیاز صنعت را با نیروگاههای برقآبی تامین کند.
سدها دو کارکرد اصلی دارند، یکی اینکه برای جبران نوسانات جریان رودخانه یا تقاضای آب و انرژی، آب را ذخیره میکنند و دیگر اینکه سطح آب را در بالادست افزایش میدهند تا به این شیوه بتوان آب را در یک کانال منحرف کرد و یا بار هیدرولیکی اختلاف سطح میان مخزن و پاییندست رودخانه راذافزایش داد. ایجاد این ذخیره و اختلاف سطح آب به سدها امکان تولید برق، تامین آب کشاورزی، صنعتی و آب آشامیدنی و نیز کنترل سیلاب را میدهد و نیز کشتیرانی در رودخانه را بهوسیله تنظیم جریان و پرآب کردن سریع آن میسر میسازد. سایر دلایل ساخت سدها، پرورش ماهی و تفریحاتی مانند قایقرانی است.
انواع سدها و تقسیمبندی آنها
سدها براساس اصول مختلفی تقسیمبندی میشوند. تقسیمبندیهای مذکور بهشرح زیر میباشد:
1 . براساس هدف از ساخت سد،
2 . براساس طراحی هیدرولیکی سد،
3 . براساس جنس مواد تشکیلدهنده سد،
4 . براساس رفتار سازهای سد،
5 . براساس ابعاد و اندازه سد.
سدهای مخزنی:
این نوع سدها برای ذخیره آب در فصل پرآبی رودخانه و برای استفاده در فصل کمآبی بهکار میروند.
سدهای تاخیری:
این نوع سدها برای مهار سیلاب و آزادسازی تدریجی آن در جهت کاهش خسارت پاییندست تاسیس میشوند
سدهای انحرافی:
سدهای کوتاهی هستند که برای بالا آوردن موضعی سطح آب و انحراف آن به سمت کانال آبیاری به کار میروند.
سدهای فرازبند:
سدهای موقتی هستند که در بالادست سد اصلی درحال تاسیس احداث میشوند تا ساختگاه سد اصلی درحال احداث خشک شود.
سدهای آببند:
سدهای کوتاه از جنس مصالح موقتی (مانند الوار) میباشند که برای اهداف کوتاه مدت احداث میشوند
سدهای روگذر:
سدهایی هستند که از روی تمام یا قسمتی از تاج آنها آب سرریز میشود.
سدهای غیرروگذر:
برخلاف سدهای روگذر آب از روی تاج این نوع سدها عبور نمیکند.
سدهای صلب:
جنس این نوع سدها از مصالح صلب غیرقابل تغییر شکل مانند بتن یا فولاد میباشد.
سدهای غیرصلب:
جنس این نوع سدها از مصالح غیرصلب قابل تغییر شکل مانند خاک یا سنگریزه میباشد.
سدهای وزنی:
این نوع سدها به واسطه وزن زیاد خود در مقابل نیروهای وارده از سمت آب پایداری خود را حفظ میکنند.
این سدها توسط انحنای بدنه سد نیروهای وارده از طرف آب را به تکیه گاه های سد منتقل میکنند.
سدهای قوسی:
سدهای پایه ای:
این سدها با استفاده از پایههای ستون مانند و یک غشای بتنی نیروهای وارده از طرف آب را مهار میکنند.
سدهای خاکی:
این سدها با استفاده از خاک فشرده شده همراه با هسته نفوذناپذیر در بالادست ایجاد مخزن میکنند.
سدهای کوچک، متوسط و بزرگ:
جدول زیر مبنای طبقه بندی این نوع سدها را نشان میدهد
سدهای لاستیکی
مقدمه
کاربرد مصالح لاستیکی در طرحهای آبی از دیر زمان رو اج داشته است که مهمترین آنها استفاده از لاستیک برای آب بندی سازه های آبی می باشد اما سدهای لاستیکی به عنوان کاربردی دیگر از این ماده مصنوعی در حال حاضر در سطح دنیا بطور گسترده مطرح می باشند . اگر چه این ماده برای ساخت سد بسیار دور از ذهن به نظر می رسید ول ی سرعت استفاده و اجرای آن در کلیه کشورها قابل توجه می باشد . علت این سرعت ، قابلیت انعطاف پذیری این سازه در مقابل عوامل خارجی ، کاهش در زمان و هزینه های اجرائی ، سهولت بهره برداری نگهداری و اثرات مخرب کمتر زیست محیطی بوده است . مهمترین موارد استفاده از سده ای لاستیکی ذخیره .و تغییر مسیر آب رودخانه ، جلوگیری از تداخل آب شور و شیرین ، کنترل پدیده جزر و مد در سواحل ، افزایش حجم ذخیره آب سدهای ساخته شده ، بهبود محیط زیست ، افزایش سطح آب رودخانه ها جهت کشتیرانی و سامان بخشی سواحل رودخانه ها ، می باشد
در حال حاضر تعداد زیادی از این سدها در اروپا و آسیاهرچند اصول استفاده از لاستیک در سال 1947 میلادی توسط یک مهندس فرانسوی ارائه گردید ، اما فکر ساخت سد از مواد لاستیکی در سال 1950 میلادی برای اولین در کشور آمریکا مطرح و چندی بعد در سال 1958 میلادی اولین سد لاستیکی در آن کشور اجرا گردید. همچنین در سال 1965 میلادی اولین سد لاستیکی بادی در کشور ژاپن برای ذخیره سازی آب به بهر ه برداری رسید و آمریکا در حال بهره برداری بوده و بعنوان یک ابزار موثر و مطلوب در بهره برداری از منابع آب مطرح هستند . اولین سد لاستیکی ایران در استان مازندران در سال ١٣٧٥ بر روی رودخانه بابل رود توسط شرکت لاستیک ساخته شده است . پس از رفع نق صهای اولیه سدهای لاستیکی بعنوان یک جایگزین جدیSatujo سازی برای سدهای بتنی و خاکی مطرح شدند و درحال حاضر عمر مفید این سدها بین ٣٠ تا ٤٠ سال می باشد . این جایگزینی در پاسخگویی به مسائل زیست محیطی و اکولوژیکی و هزینه های کمتر و زمان بسیار کم برای اجرای این نوع سدها معنا و مفهوم خاصی پیدا می کنند .
تاریخچه
اهداف کلی ساخت سد لاستیکی
عمومی ترین کاربرد سد لاستیکی عبارت است از :
ذخیره ی موقت آ ب رودخانه ها جهت تامین آب کشاورزی .
بالا بردن ارتفاع آب رودخانه ها برای حرکت قایق ها و کشتی ها .
جداسازی آب شیرین آبراهه ها یی که از تشکیلات زمین شناسی شور عبور می کنند .
کنترل سیلاب در نواحی شهری .
ایجاد حوضچه های پرورش ماهی .
ذخیره موقت دبی پایه آب رودخانه ها و کاهش هزینه پمپاژ آب به اراضی کشاورزی
جداسازی آب های آلوده یا شور از آب شیرین
استفاده از سدهای لاستیکی برای افزایش ارتفاع سدهای بتونی موجود به منظور ازدیاد حجم ذخیره آب
استفاده از تیوپ لاستیکی به جای دریچه های فولادی
کاهش فرسایش در رودخانه پرشیب
تولید الکتریسته توسط نیروگا ه های آبی کوچک.
و …
اساس کار سدهای لاستیکی
اساس کار سدهای لاستیکی ، استفاده از یک تیوپ بزرگ با فضای بسته که با دمیدن هوا یا آب به درون تیوپ ، لاستیک متورم می شود و به صورت ایستاده در می آید. در این حالت ، لاستیک شبیه یک سازند صلب و به عنوان یک سد یا بند عمل می کند . سدهای بادی به علت سهولت در عملیات پر و خالی کردن توسط دمنده های هوا ، سرعت عمل در تخلیه و یا باد کردن آنها و کاهش هزینه نسبت به سدهایی که با آب پر می شود ، ارجحیت دارد. محدودیت هایی از جمله کمبود آب صاف در محل ، آلوده بودن آب ، نبودن آب زیرزمینی برای استفاده در تیوپ سدهای لاستیکی آبی ، در سدهای لاستیکی بادی وجود ندارد واز این رو حدود 70 درصد سدهای لاستیکی جهان از نوع بادی است.
از مزایای استفاده از سدهای تیوب لاستیکی موارد زیر را می توان نام برد که در ادامه بخشی از آنها توضیح داده شده اند .
١- صرفه اقتصادی به دلیل نیاز به کمترین تعمیرات و نگهداری
٢- نداشتن اجزاء مکانیکی متحرک
٣- امکان نصب و را هاندازی در زمان کوتاه
٤- بهره برداری تمام خودکار ( اتوماتیک )
٥- کاهش کارهای ساختمانی و تجهیزات کارگاهی حداقل
٦- سازگاری کامل با وضعیت طبیعی رودخانه
٧- عملکرد دقیق و مشابه سدهای بتنی
٨- نداشتن مشکل رسوب
٩- بازگشت سریع سرمایه
١٠ – انعطاف پذیری سد در مقابل زلزله
صرفه اقتصادی
اقتصادی بودن یک پروژه از مهم ترین عوامل اجرا می باشد و همانطوریکه بیان گردید یکی از محاسن مهم استفاده از سدهای تیوب لاستیکی بعد اقتصادی استفاده از آنها به ویژه هزینه خرید و نصب بدنه لاستیکی سد و دیگر تاسیسات و تجهیزات مربوطه در مقایسه با سدهای انحرافی متداول دریچه های فلزی ساخت داخل است این کار با توجه به نبود قابلیت ساخت این تکنولوژی در داخل کشور و نیاز به صرف هزینه ارزی از اهمیت بیشتری برخوردار است
از جمله دیگر مزایای اقتصادی این سدها نسبت به موارد جایگزین شده عبارتند از :
١- سدهای لاستیکی به فونداسیون پیچید های نیاز ندارند .
٢- این سدها م یتوانند تا دهان های به طول ١٠٠ متر اجرا شوند .
٣- این سدها به حداقل حفاظت و نگهداری نیاز دارند . قسمت عمده تعمیرات مربوط به سیستمهای مکانیکی سد می باشد . تعمیر و نگهداری بدنه لاستیکی سد نیز شباهت بسیاری به تعمیر تیوب لاستیک اتومبیل دارد و در صورت سوراخ شدن بدنه سد آن را مانند تیوب لاستیک اتومبیل ترمیم و آپارات می کنند .
٤- انعطاف پذیری سد در مقابل زلزله
٥- نصب و ساختن بسیار سریع
مشکلات و معایب سدهای لاستیکی
١- آسیب دیدگی بدنه لاستیکی سد در هنگام خالی کردن هوای بدنه
٢- برخورد اجسام تیز موجب آسی ب بدنه لاستیکی سد می شود
٣- برخورد اجسام بزرگ مانند تنه درختان در هنگام سیلاب موجب خراشیدگی و سوراخ شدن بدنه سد می گردد .
٤- فرار و خروج هوا از تیوب لاستیکی
٥- کمی ارتفاع سد ( حداکثر 6.5 متر )
مشکل سوراخ شدگی به وسیله اجسام تیز و برنده :
امکان وارد آمدن خراش و سوراخ شدن در اثر برخورد اجسام تیز و برنده و یا آسیب دیدن در اثر برخورد گلوله و نظایر آن از عمده معایب این سدهای لاستیکی می باشد که البته در صورت تمایل به وارد آوردن آسیب عمدی با ابزارهای برنده ، هرگونه تجهیزات سا خته شده از جنس لاستیک آسیب پذیر م ی باشد . لاستیکی
که در حال حاضر در ساخت بدنه این سدها بکار می رود از نوع خاصی بوده که در برابر اجسام تیز و برنده طبیعی مقاوم است و این اجسام نمی توانند آسیب جدی به سد وارد کنند . البته در مواردی نظیر حمل شاخه و تنه درخت ، تخته سنگها با جریان آب می توان با قرار دادن یک توری مشبک با چشمه های بزرگ که افت زیادی در جریان ایجاد نمی کند از آسیب سد جلوگیری کرد .
کمی ارتفاع سد
اگر چه در جهان تعداد زیادی از سدهای لاستیکی به اجرا و بهره برداری رسیده اند هنوز مشکل ارتفاع سد به قوت خود باقی است چنانکه ارتفاع بیشتر آنها از یک تا چهار متر می باشد . لذا مشکلات فنی این سدها هنگامیکه ارتفاع سد زیاد می گردد حل نشده است .
عملکرد سد لاستیکی
سد لاستیکی در واقع یک تیوپ لاستیکی که در امتداد مقطع عرضی رودخانه استقرار می یابد و با پر و خالی کردن آن ( با استفاده از هوای فشرده یا آب ) مانعی را با ارتفاع دلخواه بر سر راه آب رودخانه ایجاد می کنند و موجب بالا آمدن آب بالادست و ایجاد حجم ذخیره مورد نظر م ی شوند بدین ترتیب این تیوپ
جایگزین یک سازه بتنی بزرگ با همین هدف ها است . در صورت قرار دادن این تپوپ لاستیکی در ورودی یک کانال آبگیر می توان از آن بعنوان یک دریچه آبگیر ( جایگزین دریچه های فلزی ) استفاده کرد . در صورتی که این تیوپ لاستیکی در امتداد یک کانال آبرسان قرار گیرد ، می توان وظیفه تنظیم سطح آب را به آن محول کرد (جایگزین رگولاتورهای فلزی ) .
یکی از کاربردهای دیگر سدهای لاستیکی افزایش ارتفاع سدهای موجود است این کار با استقرار تیوپ لاستیکی با ارتفاع موردنظر روی سرریز سدهای موجود صورت می گیرد و موجبات ذخیره حجم چشمگیر آب اضافی را در یک سد موجود فراهم م یسازد .
اجزاء سدهای لاستیکی :
مهمترین جزء سدهای لاستیکی را بدنه لاستیکی آن تشکیل می دهد ، بدنه ای که از جنس ورق لاستیک با فونداسیون خاص و تقویت شده با الیاف ویژه است این ورق لاستیکی و خصوصیات آن در استحکام ، مقاومت در برابر عو امل طبیعی ، ان عطاف پذیری و دوام ، بعد اصلی تکنولوژی سدها و دریچه های لاستیکی را تشکیل می دهد .تکنیک و ایده اولیه استفاده از یک ورق لاستیکی در قالب یک تیوپ بعنوان یک سد انحرافی یا دریچه کنترل آب ، نخستین بار در سال ١٩٥٨ در کشور آمریکا توسط نورمن ایمبرسون مط رح شد و در سال١٩٦١ طرح جامعی از یک نوع اولیه این سد ارائه شد . تنها به خاطر توسعه چنین ورق لاستیکی خاص است که می توان از ویژگی ها و توانائی های این تکنیک در مهار آب استفاده کرد و آن را عملی ساخت . این لاستیک از مقاومت فرسایشی فولادوارد و مقاومت کششی بسیار بالایی برخوردار است و عمر مفید آن میان ٣٠ تا ٤٠ سال است . این لاستیک در برابر اشیا تیز و برنده طبیعی مقاومت است و تجربه های بهره برداری درازمدت و آزمایش های متعدد این واقعیت را تائید می کنند که در حال حاضرسدهای لاستیکی بعنوان یک ابزار موثر و مطلوب با تکنولوژی نوین در بهر هبرداری از منابع آب مطر حهستند .
یک سد لاستیکی ، از طریق مهار این ورق لاستیکی بر یک سکوی بتنی ( بالشتک ) به شکل یک تیوپ ، با استفاده از پیچ های مهار مخصوص ( از جنس فولاد مخصوص ضد زنگ ) ساخته می شود . اجرای یک سد لاستیکی نیازمند ساخ ت یک سکوی بتنی در امتداد مقطع عرضی رودخانه مجهز به تسمه فلزی سراسری با پیچ های مهار ویژه است این سکوی بتنی ، هم تراز با بستر رودخانه اجرا می شود به گونه ای که موجب ایجاد هیچگونه مانعی در عبور آب نشود . شیوه عمل سدها و دریچه های لاستیکی ( خوابیدن یا افراشته شدن سد ) از راه پر و خالی کردن تیوپ لاستیکی با استفاده از هوای فشرده یا آب است ، که این کار با استفاده از یک کمپرسور ساده ( برای تامین هوا ) ، یا پمپ آب به حالت خودکار صورت می گیرد . این گونه تجهیزات از ویژگی خاصی برخوردار نیستند هوا یا آب مورد نیاز در د اخل سد ، توسط لوله های مناسب با خروجی های به فواصل معین که در داخل سکوی بتنی کار گذارده شد ه اند ، تزریق می شود . از مهمترین اجزاء سدها و دریچ ه های لاستیکی ، سامانه کنترل و بهره برداری خودکار آن است ، که دارای مزایای ویژه است . معیار اصلی عمل سد رقوم آب رود خانه یا کانال در بالادست آن است ، که توسط یک سنسور مناسب سنجیده م ی شود و مطابق با آن فشار داخل سد و رقوم تاج سد لاستیکی تنظیم می شود . پائین آمدن رقوم سطح آب از یک حد مشخص به معنی پایان سیل است ، که در این صورت سامانه الکترونیکی کنترل ، دستور افراشتن سد را اعلام می دارد این کار از راه شروع به کار کمپرسور هوا یا پمپ آب برای پر کردن بدنه لاستیکی سد صورت می گیرد از این رو سد لاستیکی پس از گذر سیل به صورت خودکار افراشته و آماده بهره برداری می شود
سدها و دریچ ههای لاستیکی در عین این که از اجزای ساده با تنوع و پیچیدگی کمتری نسبت به سدهای انحرافی و دریچه های فلزی متداول برخوردارند ،شیوه عمل و نظام بهره برداری از آنها به خاطر خودکار بودن ، از ویژگی های مطلوب و مناسب برخوردار است که کاربردهای نوینی را با دقت بالا مطرح می کنند . یکی از مزیت های مهم سدها و دریچ ه های لاستیکی عدم نیاز به تعمیرات و نگهداری است . در دریچه های فلز ی یکی از نیازهای اساسی و هزین ه بر ، زنگ زدایی و رنگ آمیزی پیاپی است ، این عمل شامل هزینه و صرف زمان قابل توجه است در حالی که تنها موارد تعمیرات و نگهداری سدها و د ریچه های لاستیکی مربوط به سرویس ، براساس برنامه کمپرسور هوا یا پمپ آب بدنه لاستیکی سد است که از هزین ههای ناچیز برخوردار است .
در زمینه فرآیند عملکرد سدهای لاستیکی به صورت یک دریچه آبگیر یا دریچه تنظیم ، وظیفه سد لاستیکی به ترتیب ، حفظ یک ارتفاع آب مشخص روی تاج بدنه لاستیکی ( دریچه آبگیر ) یا تثبیت رقوم آب در بالادست ( دریچه تنظیم ) است که این عمل با استفاده از سنسور سنجش رقوم آب بالادست و سنسور سنجش فشار داخل دریچه لاستیکی ( که تعیین کننده ر قوم تاج دریچه لاستیکی ) و تنظیم فشار داخل دریچه لاستیکی به میزان مورد نیاز ( به منظور تغییر رقوم تاج دریچه لاستیکی ) انجام می گیرد .
بررسی امکان احداث سدهای لاستیکی در ایران:
امکان اجرای طرح های سد لاستیکی در کشور ، اعم از سواحل شمالی ، جنوبی و نواحی مرکزی بسیار زیاد است . در واقع ، در بررسی های اولیه در سواحل شمالی می توان بیش از 200 طرح سد لاستیکی اجرا کرد که فواید اقتصادی آن برای کشاورزی منطقه محرز است . در نقاط ساحلی جنوبی به علت پراکندگی جمعیت و غیر متراکم و غیر کشاورزی بودن بسیاری از اراضی آن ، استفاده از این سدها کاهش می یابد . اما در هر حال با توجه به مسائل گوناگون از جمله حفظ محیط زیست ، بهبود وضع اکولوژیکی منطقه ، طرح های تغذیه مصنوعی ، پرورش میگو و… می توان تعدا قابل توجهی طرح سد لاستیکی را در حاشیه ساحلی دریای عمان و خلیج فارس قابل اجرادانست.
در بخش مرکزی کشور پتانسیل زیادی برای استفاده از سدهای لاستیکی مشاهده می شود ، ضمن اینکه در تعدادی از سدهای بزرگ کشور مسئله افزایش ارتفاع مطرح است ، از جمله سدهای پیشین ، درودزن ، زاینده رود ، قشلاق ، اکباتان … که با اجرای چنین طرح هایی می توان مقدار زیادی به حجم ذخیره این سدها افزود.
سدهای لاستیکی ساخته شده در ایران
تا به امروز سد های زیادی از نوع سد لاستیکی در ایران ساخته شده که می توان به سد های زیر اشاره کرد
1- سد لاستیکی میاندشت : با ارتفاع 8/2 متر ، طول لاستیک در قاعده 60 متر ، در تاج 70 متر ، ضخامت کل لاستیک 9 میلیمتر ، تعداد لایه های منجید 2 لایه .
2- سد لاستیکی عرب خیل : با ارتفاع 3 متر ، طول لاستیک در قاعده 5/36 متر ، در تاج 5/45 متر ، ضخامت کل لاستیک 9 میلیمتر ، تعداد لایه های منجید 2 لایه .
3- سد لاستیکی آرمیچ کلا : با ارتفاع 5/3 متر ، طول لاستیک در قاعده 40 متر ، در تاج 5/50 متر ، ضخامت کل لاستیک 10 میلیمتر ، تعداد لایه های منجید 3 لایه .
4- سد لاستیکی خواجه نفس در استان گلستان با ارتفاع 3 متر ، طول لاستیک در قاعده 34 متر ، تاج 39 متر ، ضخامت کل لاستیک 10 میلیمتر ، تعداد لایه های منجید 3 لایه
پیرو مباحثی که مطرح گردید ، لزوم استفاده از سد ها و دریچه های لاستیکی در صنعت آب کشور و با
توجه به توافق های انجام شده با شرکت های سازنده و در صورت رایج شدن این تکنولوژی در ایران و وجود سفارش های کافی ، می توان نسبت به ساخت داخلی آن برای بکار گیری در پروژه های آتی اقدام کرد در این صورت سدها و دریچه های لاستیکی به صورت یک راه حل سریع و بسیار ارزان در خدمت صنعت آب کشور قرار خواهند گرفت . جان کلام این که سدهای لاستیکی به عنوان یکی دیگر از دستاوردهای توسعه تکنولوژیک بشر و در قالب وسیله ای ساده و مطلوب برای بهره وری از منابع ارزشمند آب مطرح اند و جا دارد با سیاستگزاری درست ، از آنها بهر هگیری بهینه صورت گیرد .
نتیجه گیری